В космологической инфляции , в рамках парадигмы медленного вращения, аргумент Lyth устанавливает теоретический верхний предел количества гравитационных волн, производимых во время инфляции, с учетом количества отклонений от однородности реликтового излучения .
Резюме
- Во время медленной инфляции отношение гравитационных волн к неоднородностям реликтового излучения коррелирует с крутизной инфляционного потенциала.
- Температурные неоднородности реликтового излучения были успешно и точно измерены. [1] [2] [3] в CMB .
- В настоящее время проводятся эксперименты по поляризации реликтового излучения [4] [5] (см. Эту статью, например, для обзора обсерваторий гравитационных волн), нацеленных на измерение сигнатуры первичной гравитационной волны в реликтовом излучении .
- Однако на сегодняшний день значимого сигнала первичных гравитационных волн не обнаружено. Таким образом, соотношение не может превышать определенного значения.
- Таким образом, крутизна инфляционного потенциала ограничена.
Деталь
Этот аргумент в деталях был впервые представлен Дэвидом Х. Литом в его статье 1997 года «Чему мы научимся, обнаружив сигнал гравитационной волны в фоновой анизотропии космического микроволнового излучения?» [6] Подробная аргументация такова:
Спектр мощности возмущений кривизны дан кем-то:
,
В то время как спектр мощности для тензорных возмущений определяется выражением:
,
в котором - параметр Хаббла, - волновое число, - планковская масса и - первый параметр медленного качения, определяемый как .
Таким образом, отношение тензорных спектров мощности к скалярным при определенном волновом числе , обозначаемое как так называемое тензорно-скалярное отношение , дан кем-то:
.
Хотя строго говоря является функцией , при медленном накачивании считается, что она изменяется очень слабо, поэтому обычно просто опускают зависимость от волнового числа.
Кроме того, числовой предварительный фактор подвержен незначительным изменениям из-за более подробных расчетов, но обычно находится между .
Хотя параметр медленного качения задан, как указано выше, было показано [7], что в пределе медленного качения этот параметр может быть задан наклоном инфляционного потенциала таким образом, что:
, в котором - инфляционный потенциал над скалярным полем .
Таким образом, , а верхняя оценка Помещенный измерениями реликтового излучения, отсутствие сигнала гравитационной волны преобразуется в верхнюю границу крутизны инфляционного потенциала.
Принятие и значение
Аргумент Lyth Bound был принят относительно медленно. Однако он широко использовался во многих последующих теоретических работах. Первоначальный аргумент имеет дело только с первоначальным периодом инфляции, который отражен в сигнатуре реликтового излучения, которая в то время составляла примерно 5 электронных крат, в отличие от примерно 8 электронных кратностей на сегодняшний день. Однако была предпринята попытка обобщить этот аргумент на весь диапазон физической инфляции, что соответствует порядку от 50 до 60 электронных крат [8] [9]
На основе этих обобщенных аргументов возникла ненужная ограничивающая точка зрения, которая предпочла реализацию инфляции, основанную на моделях большого поля, а не на моделях малого поля. Эта точка зрения была преобладающей до последнего десятилетия, когда произошло возрождение преобладания моделей малого поля из-за теоретических работ [10] [11], которые указывали на возможных вероятных кандидатов в модели малого поля. Вероятность появления этих моделей получила дальнейшее развитие и была продемонстрирована численно. [12]
Рекомендации
- ^ Сотрудничество Планка; Aghanim, N .; Akrami, Y .; Ashdown, M .; Aumont, J .; Baccigalupi, C .; Ballardini, M .; Banday, AJ; Баррейро, РБ; Bartolo, N .; Басак, С. (20.09.2019). «Итоги Planck 2018. VI. Космологические параметры». arXiv : 1807.06209 [ astro-ph.CO ].
- ^ Hinshaw, G .; Larson, D .; Komatsu, E .; Спергель, DN; Bennett, CL; Dunkley, J .; Нолта, MR; Halpern, M .; Hill, RS; Odegard, N .; Пейдж, Л. (20.09.2013). «Девятилетние наблюдения с помощью зонда Уилкинсона для микроволновой анизотропии (Wmap): результаты по космологическим параметрам». Серия дополнений к астрофизическому журналу . 208 (2): 19. arXiv : 1212.5226 . Bibcode : 2013ApJS..208 ... 19H . DOI : 10.1088 / 0067-0049 / 208/2/19 . ISSN 0067-0049 . S2CID 37132863 .
- ^ Bennett, CL; Larson, D .; Weiland, JL; Ярошик, Н .; Hinshaw, G .; Odegard, N .; Смит, К.М.; Hill, RS; Золото, B .; Halpern, M .; Комацу, Э. (20 сентября 2013 г.). «Девятилетние наблюдения с помощью зонда Уилкинсона для микроволновой анизотропии (Wmap): окончательные карты и результаты». Серия дополнений к астрофизическому журналу . 208 (2): 20. arXiv : 1212.5225 . Bibcode : 2013ApJS..208 ... 20В . DOI : 10.1088 / 0067-0049 / 208/2/20 . ISSN 0067-0049 . S2CID 119271232 .
- ^ Хадзуми, М .; Borrill, J .; Chinone, Y .; Доббс, Массачусетс; Fuke, H .; Ghribi, A .; Hasegawa, M .; Hattori, K .; Hattori, M .; Holzapfel, WL; Иноуэ, Ю. (21 сентября 2012 г.). Clampin, Mark C; Фацио, Джованни Дж. MacEwen, Howard A; Oschmann, Jacobus M (ред.). «LiteBIRD: небольшой спутник для изучения поляризации B-моды и инфляции на основе обнаружения космического фонового излучения». Космические телескопы и приборы 2012: оптические, инфракрасные и миллиметровые волны . Международное общество оптики и фотоники. 8442 : 844219. Bibcode : 2012SPIE.8442E..19H . DOI : 10.1117 / 12.926743 . S2CID 120787019 .
- ^ Ade, PAR; Ахмед, З .; Айкин, RW; Александр, К.Д .; Баркац, Д .; Benton, SJ; Бишофф, Калифорния; Бок, JJ; Brevik, JA; Buder, I .; Буллок, Э. (29 сентября 2015 г.). "BICEP2 / KECK ARRAY V: ИЗМЕРЕНИЯ B-РЕЖИМА ПОЛЯРИЗАЦИИ В УГЛОВЫХ МАСШТАБАХ И 150 ГГЦ С ПОМОЩЬЮ KECK ARRAY". Астрофизический журнал . 811 (2): 126. arXiv : 1502.00643 . Bibcode : 2015ApJ ... 811..126B . DOI : 10.1088 / 0004-637X / 811/2/126 . ISSN 1538-4357 . S2CID 237977 .
- ^ Лит, Дэвид Х. (1997-03-10). «Что бы мы узнали, обнаружив сигнал гравитационной волны в космической микроволновой фоновой анизотропии?». Письма с физическим обзором . 78 (10): 1861–1863. arXiv : hep-ph / 9606387 . Bibcode : 1997PhRvL..78.1861L . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.78.1861 . ISSN 0031-9007 . S2CID 119470003 .
- ^ Стюарт, Юэн Д .; Лит, Дэвид Х. (март 1993 г.). «Более точный аналитический расчет спектра космологических возмущений, возникающих во время инфляции». Физика Письма Б . 302 (2–3): 171–175. arXiv : gr-qc / 9302019 . Bibcode : 1993PhLB..302..171S . DOI : 10.1016 / 0370-2693 (93) 90379-V .
- ^ Efstathiou, Джордж; Мак, Кэтрин Дж. «Возвращение в границу Lyth» . Журнал космологии и физики астрономических частиц . 2005 (05): 008--008. DOI : 10.1088 / 1475-7516 / 2005/05/008 .
- ^ Легче, Ричард; Кинни, Уильям Х; Пауэлл, Брайан А. "Ограничение Lyth и конец инфляции" . Журнал космологии и физики астрономических частиц . 2006 (08): 004. DOI : 10,1088 / 1475-7516 / 2006/08/ 004 .
- ^ Бен-Даян, Идо; Бруштейн, Рам. "Космические микроволновые фоновые наблюдаемые модели инфляции в малых полях" . Журнал космологии и физики астрономических частиц . 09 (2010): 007. arXiv : 0907.2384 . DOI : 10.1088 / 1475-7516 / 2010/09/007 .
- ^ Хотчкисс, Шон; Мазумдар, Анупам; Надатур, Сешадри. «Наблюдаемые гравитационные волны от инфляции с небольшими отклонениями поля» . Журнал космологии и физики астрономических частиц . 02 (2012): 008. arXiv : 1110.5389 . DOI : 10.1088 / 1475-7516 / 2012/02/008 .
- ^ Вольфсон, Ира; Бруштейн, Рам. "Модели инфляции малых полей, которые предсказывают тензорно-скалярное отношение. р знак равно 0,03 {\ displaystyle r = 0,03} " . Physical Review D . 100 (2019-4): 043522. дои : 10,1103 / PhysRevD.100.043522 .